Como saber se um arquivo SCL é válido e está em conformidade com a norma IEC 61850?

A norma IEC 61850 é um padrão amplamente adotado para a automação de sistemas elétricos. Ela estabelece os modelos de dados, os serviços de comunicação e a linguagem de configuração para a integração de Dispositivos Eletrônicos Inteligentes (IEDs) em subestações. Dentro desse contexto, a Linguagem de Descrição da Configuração do Sistema (SCL) desempenha um papel fundamental, pois permite descrever a topologia do sistema, a comunicação entre os dispositivos e a configuração dos equipamentos.

Em teoria, qualquer software de configuração deveria ser capaz de ler um arquivo SCL sem dificuldades, garantindo a interoperabilidade entre fabricantes. No entanto, a prática é diferente. Muitos fornecedores modificam esses arquivos para adaptá-los aos seus sistemas internos, o que em alguns casos compromete a interoperabilidade. Os engenheiros precisam dedicar um tempo valioso para identificar discrepâncias, se comunicar repetidamente com os suportes técnicos de cada marca e verificar as adaptações específicas. Aquilo que deveria ser um processo automatizado se transforma, assim, em um ciclo interminável de revisões e ajustes, estendendo projetos que poderiam ser concluídos em semanas para longos meses de trabalho.

O problema se agrava porque, embora os arquivos SCL sejam legíveis por humanos, eles são extremamente complexos. Validar manualmente milhares de linhas de configuração, com diferenças sutis entre versões da norma ou interpretações de fabricantes, é praticamente impossível — especialmente em projetos que envolvem equipamentos de múltiplos fornecedores e milhares de linhas de informação (Figura 1).

Para garantir a interoperabilidade e evitar erros na configuração de subestações, é fundamental validar os arquivos SCL com base na norma. Neste artigo, vamos analisar como esses arquivos são definidos pela norma, os problemas mais comuns que podem apresentar e a importância de utilizar validadores independentes para identificar seus erros de acordo com o padrão IEC 61850.

Linguagem SCL segundo a IEC 61850

Em projetos de automação de subestações, a fase de engenharia geralmente começa antes que os equipamentos estejam fisicamente instalados. Os IEDs podem desempenhar múltiplas funções dentro do sistema, mas sua flexibilidade não significa que todas essas funções possam ser executadas ao mesmo tempo. Por isso, é necessário definir perfis específicos para cada IED, selecionando apenas as capacidades exigidas em cada caso.

Embora os dispositivos possuam capacidades de autodescrição, é fundamental contar com arquivos padronizados que permitam definir suas configurações e funcionalidades desde as etapas iniciais do projeto. Isso facilita o planejamento e minimiza riscos como incompatibilidades ou limitações operacionais durante a fase de comissionamento.

Para assegurar a interoperabilidade entre ferramentas de diferentes fabricantes, a norma IEC 61850-6 estabelece a Linguagem de Descrição da Configuração do Sistema (SCL), que atende a três objetivos principais:

• Definição funcional do sistema: Permite a descrição formal das relações entre o sistema de automação e o processo (subestação, pátio de manobras).

• Caracterização dos IEDs: Descreve a configuração dos IEDs de automação e seu sistema de comunicação.

• Documentação técnica: Centraliza a configuração do sistema, simplificando sua manutenção e atualização ao longo de todo o seu ciclo de vida.

SCL é uma linguagem de alto nível especificada como um esquema XML, que pode ser usada para construir formatos de arquivos em texto plano que descrevem dados estruturados específicos de uma aplicação. A principal vantagem dessa abordagem está em sua dupla capacidade: enquanto os computadores podem processá-la automaticamente, os engenheiros também podem lê-la e compreendê-la quando necessário. Por ser baseada em XML, herda características importantes: é independente de plataforma de hardware ou software, totalmente extensível e adaptável a diferentes necessidades sem perder sua estrutura fundamental. No entanto, essa flexibilidade opera dentro de limites estritos definidos pelo esquema oficial da norma IEC 61850.

A IEC distribui esse esquema como um conjunto de arquivos XSD (Definição de Esquema XML), que definem a estrutura e o conteúdo dos arquivos SCL, atuando como “regras de construção” para esses arquivos. Como mostra a Tabela 1, cada XSD possui um propósito específico no processo de validação:

Tabela 1. Arquivos que compõem a definição do esquema XML para SCL.

Nome do arquivo	Descrição
SCL_Enums.xsd	As enumerações utilizadas no esquema XML.
SCL_BaseSimpleTypes.xsd	Tipos simples básicos utilizados pelas demais partes.
SCL_BaseTypes.xsd	Definições de tipos complexos básicos utilizados pelas demais partes.
SCL_Substation.xsd	Definições de sintaxe relacionadas aos processos (Process, Line, Substation).
SCL_Communication.xsd	Definições de sintaxe relacionadas à comunicação.
SCL_IED.xsd	Definições de sintaxe relacionadas aos IEDs.
SCL_DataTypeTemplates.xsd	Definições de sintaxe relacionadas aos templates de tipos de dados.
SCL.xsd	Definição principal da sintaxe do esquema SCL; define o elemento raiz de cada arquivo SCL.

Esses arquivos XSD vão além das regras básicas do XML, adicionando camadas de validação específicas para o domínio elétrico:

• Definem a hierarquia obrigatória dos elementos.

• Estabelecem os atributos obrigatórios/opcionais.

• Especificam os tipos de dados permitidos.

• Controlam as relações entre os componentes.

Quando um arquivo SCL está em conformidade com seu respectivo XSD, garante que qualquer sistema compatível com a IEC 61850 poderá interpretá-lo corretamente, mantendo a interoperabilidade que torna o padrão tão valioso. Por isso, assegurar que os equipamentos dos fabricantes sigam rigorosamente esse esquema é o primeiro passo no desenvolvimento de projetos de engenharia digital baseados na IEC 61850.

Neste caso, vale a pena fazer algumas observações:

1. Existem pelo menos seis propósitos diferentes para a troca de dados SCL e, portanto, seis tipos de arquivos SCL que devem ser distinguidos para o intercâmbio de dados entre ferramentas. Isso é feito por meio de diferentes extensões de arquivo (ICD, IID, SSD, SCD, CID, SED).

2. Atualmente, existem quatro versões do esquema SCL que podem ser utilizadas para validação: os esquemas das edições 1, 2, 2.1 e 2.2 da norma IEC 61850-6.

3. Para a edição 2 da norma IEC 61850, existem três revisões: A, B e C. No entanto, apenas uma é válida atualmente — a revisão C. Ainda assim, algumas versões de ferramentas de configuração podem utilizar as revisões A ou B devido ao fato de que alguns fabricantes não atualizaram seus softwares de forma oportuna.

Tabela 2. Versões publicadas da norma IEC 61850-6.

Edição	Data de Publicação	Webstore	Namespace
Edição 1.0	2004-03	IEC 61850-6:2004	IEC 61850-6:2003
Edição 2.0	2009-12	IEC 61850-6:2009	IEC 61850-6:2007B
Emenda 1 de Edição 2.0	2018-12	IEC 61850-6:2009/AMD1:2018	IEC 61850-6:2007B4
Edição 2.1	2018	IEC 61850-6:2009 + AMD1:2018 CSV	IEC 61850-6:2007B4
Emenda 2 de Edição 2.0	2024	IEC 61850-6:2009/AMD2:2023	IEC 61850-6:2007C5
Edição 2.2	2024	IEC 61850-6:2009 + AMD2:2023 CSV	IEC 61850-6:2007C5

Problemas recorrentes em arquivos SCL e seu impacto em projetos IEC 61850

Até agora, definimos o que é a linguagem SCL e como seu esquema geral, definido nos arquivos XSD, permite validar sua estrutura. A seguir, são detalhados os problemas específicos que podem surgir nos arquivos SCL durante a configuração de IEDs, especialmente em integrações com múltiplos fornecedores:

• Posicionamento arbitrário de novos equipamentos na hierarquia SCL:
  A norma estabelece uma estrutura clara (Substation → VoltageLevel → Bay → Equipment), mas alguns fabricantes colocam seus IEDs em estruturas paralelas e não padronizadas que, ao serem importadas por outros softwares, podem gerar erros e impedir seu uso.

• Violação de regras de nomenclatura:
  A norma especifica convenções estritas para nomear IEDs, Datasets e mensagens, definindo seu comprimento e o uso de caracteres especiais. No entanto, algumas ferramentas de fabricantes não alertam o usuário sobre essas violações e permitem o uso de underscores ou espaços, fazendo com que os sistemas não reconheçam as referências durante a integração com outros softwares.

• Alteração de XSD:
  Alguns fabricantes modificam os esquemas XSD para relaxar restrições, adicionando elementos proprietários. Isso faz com que arquivos aparentemente válidos falhem em outros sistemas.

• Extensão não documentada de tipos de dados:
  Alguns fabricantes modificam ou estendem os dataTypes definidos na norma IEC 61850 sem seguir os procedimentos adequados, impedindo que esses sejam reconhecidos por equipamentos de outros fabricantes.

• Uso de namespaces personalizados:
  Alguns fabricantes, em suas seções privadas, fazem referência a namespaces proprietários sem fornecer um esquema XSD acessível para verificação.

• Perda de informações durante conversões SCL:
  Algumas ferramentas não preservam dados essenciais ao converter entre os diferentes tipos de arquivos SCL (ICD, IID, SSD, SCD, CID, SED). Elementos chave como descrições (desc), unidades (unit), nome do dispositivo (IEDName) ou declarações de assinantes multicast podem ser perdidos no processo, impedindo sua correta implementação em outros softwares.

Teniendo en cuenta lo anterior, podemos concluir que el primer paso en cualquier proyectos digital IEC 6185 es validar los archivos SCL que harán parte de mi proyecto, sobre todo en proyectos que utilicen IED de diferentes fabricantes y dejar en evidencia todas las posibles no conformidades con la norma IEC 61850 que puedan causar un problema de interoperabilidad. 

Métodos para validar un archivo SCL 

1. Validación Manual 

Este método consiste en revisar manualmente la estructura del archivo SCL en formato XML, lo que requiere un conocimiento extenso de la norma IEC 61850 y sus esquemas de datos. Sin embargo, debido a la complejidad y la cantidad de detalles técnicos involucrados, este enfoque tiene un alto riesgo de error, lo que puede derivar en configuraciones incorrectas o incompatibilidades entre dispositivos. 

2. Uso de Validadores Automáticos 

Pensó durante un par de segundos

Considerando o exposto, podemos concluir que o primeiro passo em qualquer projeto digital IEC 61850 é validar os arquivos SCL que farão parte do sistema, especialmente em projetos que utilizam IEDs de diferentes fabricantes, evidenciando todas as possíveis não conformidades com a norma IEC 61850 que possam causar problemas de interoperabilidade.

• Eliminam a necessidade de revisão manual, reduzindo o risco de configurações incorretas.

• Verificam se os arquivos atendem aos requisitos específicos da norma.

• Permitem validar múltiplos arquivos em pouco tempo, acelerando o processo de configuração.

Introdução ao Validador SCL no ATLAN

Para garantir a correta implementação de projetos IEC 61850, o software ATLAN incorpora um validador automático de arquivos SCL, projetado para detectar possíveis incompatibilidades antes da integração de equipamentos de múltiplos fabricantes. Essa ferramenta assegura a verificação rigorosa dos arquivos de acordo com a norma, identificando riscos de interoperabilidade.

• Verificação de erros de estrutura e sintaxe, tipos de dados e regras de nomenclatura conforme o esquema XSD.

• Compatibilidade com os diferentes tipos de arquivos SCL (ICD, IID, SSD, SCD, CID, SED).

• Compatibilidade com as diferentes versões da norma IEC 61850, incluindo Ed1, Ed2 e Ed2.1.

• Geração de relatórios de incompatibilidades para auditoria.